هل سيتفوق الهيدروجين على البطاريات في سباق السيارات عديمة الانبعاثات؟ | صناعة السيارات

حالهيدروجين مادة خادعة: أخف العناصر. عندما يتفاعل مع الأكسجين فإنه ينتج الماء فقط ويطلق طاقة وفيرة. يبدو الغاز غير المرئي وكأنه وقود المستقبل النظيف. ويأمل بعض كبار المسؤولين التنفيذيين في قطاع السيارات في العالم أن تؤدي هذه التقنية إلى إزاحة البطارية عن عرش التكنولوجيا المفضلة للقيادة الخالية من الانبعاثات.

لقد تناولت سلسلة EV Mythbusters المخاوف التي تتراوح بين حرائق السيارات واستخراج البطاريات، والقلق بشأن المدى والمخاوف المتعلقة بالتكلفة وآثار الكربون. يزعم العديد من منتقدي السيارات الكهربائية أننا لا ينبغي لنا أن نتخلى عن محركات البنزين والديزل. يتساءل هذا المقال: هل يمكن للهيدروجين أن يقدم طريقًا ثالثًا ويتفوق على البطارية؟

المطالبة

العديد من أقوى الادعاءات حول دور الهيدروجين في عالم السيارات تأتي من الرؤساء التنفيذيين في قلب الصناعة. وتعد شركة تويوتا اليابانية من أكثر المؤيدين للهيدروجين، وقال رئيسها أكيو تويودا الشهر الماضي إنه يعتقد أن حصة السيارات التي تعمل بالبطاريات ستصل إلى ذروتها عند 30%، على أن يشكل الهيدروجين ومحركات الاحتراق الداخلي الباقي. وتعد سيارة ميراي من تويوتا واحدة من السيارات الوحيدة التي تعمل بالهيدروجين والمتوفرة على نطاق واسع، إلى جانب سيارة الدفع الرباعي نيكسو من شركة هيونداي الكورية الجنوبية.

قال أوليفر زيبسي، رئيس الشركة الألمانية المصنعة BMW، العام الماضي: “الهيدروجين هو القطعة المفقودة في الأحجية عندما يتعلق الأمر بالتنقل الخالي من الانبعاثات”. ربما تستثمر شركة BMW بكثافة في تكنولوجيا البطاريات، لكن الشركة تجري حاليًا اختبار سيارتها التي تعمل بخلايا الوقود الهيدروجيني BMW iX5، وإن كانت تستخدم خلايا وقود تويوتا. وقال زيبس: “إن تقنية واحدة في حد ذاتها لن تكون كافية لتمكين التنقل المحايد للمناخ في جميع أنحاء العالم”.

العلم

الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون، ولكن هذا لا يعني أنه من السهل الحصول عليه على الأرض. يتم تصنيع معظم الهيدروجين النقي اليوم عن طريق انفصال الكربون عن الميثان، لكن ذلك ينتج عنه انبعاثات الكربون. يأتي “الهيدروجين الأخضر” عديم الانبعاثات من التحليل الكهربائي: استخدام الكهرباء النظيفة لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين.

لاستخدام الهيدروجين كوقود يمكن حرقه، أو يمكن استخدامه في خلية وقود: يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين الموجود في الهواء في وجود محفز (غالبًا ما يكون مصنوعًا من البلاتين باهظ الثمن). يؤدي ذلك إلى تجريد الإلكترونات التي يمكن أن تمر عبر دائرة كهربائية، وشحن بطارية يمكنها تشغيل محرك كهربائي.

يوفر الهيدروجين إعادة التزود بالوقود في أربع دقائق، وحمولات أعلى ومدى أطول، وفقًا لجان ميشيل بيليج، كبير مسؤولي التكنولوجيا لتطوير مركبات خلايا الوقود الهيدروجيني في شركة ستيلانتيس. (تقطع ميراي 400 ميل عند التعبئة). وتستهدف شركة ستيلانتيس، التي بدأت الشهر الماضي إنتاج شاحنات الهيدروجين في فرنسا وبولندا، الشركات التي تريد استخدام المركبات بشكل مستمر ولا تريد التوقف عن العمل اللازم للشحن.

قال بيليج: “يجب أن يكونوا على الطرق”. “سيارة الأجرة التي لا تعمل تخسر المال.”

يعتقد Stellantis أنه يمكن أن يؤدي إلى انخفاض سعر الملصق. وقال بيليج إنه يتوقع بحلول “نهاية هذا العقد، أن تكون حركة الهيدروجين أو BEV متكافئة من منظور التكلفة” – على الرغم من أن الشركة ستقوم بتصنيع كليهما.

لا يشارك العديد من خبراء الطاقة حماس شركات صناعة السيارات الهيدروجينية. يصف إيلون ماسك، رئيس شركة تسلا، هذه التكنولوجيا بأنها “بيع أحمق”: لماذا تستخدم الكهرباء الخضراء لإنتاج الهيدروجين عندما يمكنك استخدام نفس الكهرباء لتشغيل السيارة؟

كل تحول للطاقة ينطوي على حرارة مهدرة. وهذا يعني أن وقود الهيدروجين يوفر حتماً طاقة أقل للسيارة. (تزداد هذه الخسائر بشكل أكبر إذا تم حرق الهيدروجين مباشرة أو استخدامه لصنع الوقود الإلكتروني الذي يمكن أن يحل محل البنزين أو الديزل في محرك احتراق داخلي ساخن وصاخب).

وقال ديفيد سيبون، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة كامبريدج: “إذا كنت تستخدم الهيدروجين الأخضر، فإن إنتاج الهيدروجين اللازم لتشغيل السيارة يتطلب حوالي ثلاثة أضعاف الكهرباء اللازمة لشحن البطارية فقط”.

يمكن أن يتحسن ذلك قليلاً ولكن ليس بما يكفي لتحدي البطاريات. قال سيبون: “من الصعب القيام بعمل أفضل بكثير”.

قام مايكل ليبريش، رئيس شركة Liebreich Associates ومؤسس شركة التحليل Bloomberg New Energy Finance، بإنشاء “سلم الهيدروجين” المؤثر – وهو جدول دوري يصنف استخدامات الهيدروجين على أساس ما إذا كانت هناك خيارات أرخص أو أسهل أو أكثر احتمالا. لقد وضع الهيدروجين المخصص للسيارات في “صف الهلاك”، مع فرصة ضئيلة للغاية حتى في الحصول على سوق متخصصة.

هل يمكن للهيدروجين أن يتفوق على البطاريات في السيارات؟ قال ليبريش دون تردد: “الجواب هو لا”. وأضاف أن شركات صناعة السيارات التي تراهن على حصة كبيرة من الهيدروجين “مخطئة تماما”، وتتجه نحو خيبة أمل باهظة الثمن.

المشكلة الرئيسية بالنسبة لسيارات الهيدروجين ليست خلية الوقود، بل هي في الواقع الحصول على الهيدروجين النظيف حيثما تكون هناك حاجة إليه. والغاز سريع الاشتعال – مع كل ما يترتب على ذلك من مخاوف تتعلق بالسلامة – ويجب تخزينه تحت الضغط ويتسرب بسهولة. كما أنه يحمل طاقة أقل لكل وحدة حجم من الوقود الأحفوري، مما يعني أنه سيتطلب عددًا أكبر من الناقلات ما لم يتم استخدام المحللات الكهربائية في الموقع.

وتأتي الاستثمارات في إمدادات الهيدروجين، مع دعم حكومي كبير في الولايات المتحدة وأوروبا. ولكن حتى الآن لا تزال هناك مشكلة الدجاجة والبيضة: فالمشترون لا يريدون سيارات الهيدروجين لأنهم لا يستطيعون ملئها، ولا توجد محطات تعبئة لأنه لا توجد سيارات. وتوجد في جميع أنحاء أوروبا 178 محطة لتعبئة الهيدروجين، نصفها في ألمانيا، وفقا لمرصد الهيدروجين الأوروبي. قارن بين تسع محطات هيدروجين في المملكة المتحدة و8300 محطة بنزين أو 31000 موقع شحن عام (بدون احتساب المقابس في المنازل).

أي محاذير؟

لماذا إذن تعتقد وكالة الطاقة الدولية أن الهيدروجين سوف يشكل 16% من وسائل النقل البري في عام 2050 في طريقه إلى صافي الصفر؟ تكمن الإجابة في الغالب في المركبات الأكبر حجمًا مثل الحافلات والشاحنات.

وقال ليبريش إنه مقتنع بأن البطاريات ستظل تهيمن على إمدادات الطاقة لمركبات البضائع الثقيلة – إلى درجة المشاركة في تأسيس شركة لشحن الشاحنات. وقال: “قد يكون هناك بعض الهيدروجين في المركبات الثقيلة، لكنها ستكون الأقلية”.

حتى تويوتا تعترف بأن الهيدروجين في السيارات “لم يكن ناجحا” حتى الآن، ويرجع ذلك أساسا إلى نقص إمدادات الوقود، وفقا لرئيسها الفني، هيروكي ناكاجيما، الذي تحدث إلى أوتوكار في تشرين الأول (أكتوبر). توفر الشاحنات وحافلات المسافات الطويلة أملا أفضل لهذه التكنولوجيا، على الرغم من أنها تعمل أيضا على وضع نماذج أولية لنسخة هيدروجينية من شاحنتها الصغيرة هايلكس.

الحكم

سوف تتغير اقتصاديات الهيدروجين مع تزايد حماسة الحكومات أو تضاؤلها. وقد تتغير أشياء أخرى: فقد تتحسن التكنولوجيا (ضمن حدود) وتجعل الغاز أكثر جاذبية، وقد يتمكن المنقبون من العثور على “هيدروجين أبيض” أرخص يتم استخراجه من الأرض.

ومع ذلك، يبدو أن الأمر قد انتهى بالنسبة للسيارات: فالبطاريات هي بالفعل خيار ما بعد البنزين بالنسبة لكل مصنع تقريبًا. في المملكة المتحدة، كان هناك أقل من 300 عملية بيع من مركبات الهيدروجين على مدى 20 عاما، مقارنة بمليون سيارة كهربائية، وفقا لجمعية مصنعي وتجار السيارات.

ومن المرجح أن تتوسع هيمنة البطاريات، حيث تعالج الأموال المتدفقة على الأبحاث والبنية التحتية مسائل النطاق وأوقات الشحن. ومقارنة بهذا الفيض من الاستثمار، فإن الهيدروجين يعتبر ضئيلا.

ويواجه المدافعون عن الهيدروجين الآن سؤالاً حول ما إذا كان بوسعهم بناء أعمال تجارية مربحة في مجال النقل البري الثقيل لمسافات طويلة. إنهم بحاجة إلى إجابة قريبًا حول المكان الذي سيحصلون فيه على ما يكفي من الهيدروجين الأخضر الرخيص، وما إذا كان من الأفضل استخدام الغاز في مكان آخر.